Часто возникает потребность выделить из смеси один компонент (например, отделить добытый уголь от негорючих веществ) или очистить определенное вещество от примесей. Иногда из смеси добывают каждый компонент для его дальнейшего использования. На уроках природоведения вы узнали про такие способы разделения смесей, как отстаивание, выпаривание, научились выполнять фильтрование. Известны и другие способы разделения смесей. Выбирая способ, учитывают тип смеси, агрегатные состояния компонентов и их отличия физических свойств (схема 3).
Схема 3
Способы разделения смесей:
Отстаиванием можно разделить неоднородную смесь твердого вещества или двух жидкостей. Вещество, что имеет большую плотность, накапливается в нижней части смеси. Например, глина, смешанная с водой, оседает на дно посудины, а древесные опилки всплывают. Встряхнутая смесь воды и бензина достаточно быстро разделяется на два слоя. В верхнем слое обнаруживаем более легкую жидкость – бензин, а в нижнем – воду.
Неоднородные смеси, в которых твердые частицы слишком медленно оседают в жидкости, разделяют центрифугированием. Основой лабораторной центрифуги (рис. 38) является ротор, в котором закрепляют специальные пробирки с неоднородной смесью твердого и жидкого веществ. Во время вращения ротора в пробирках происходит осаждение твердого вещества (оно имеет большую плотность), а над ним остается прозрачная жидкость.
Центрифуга есть в стиральной машинке. В ней жидкость отделяется от белья и вытекает через небольшие отверстия в стенках центрифуги в нижнюю часть машины.
Рис. 38. Лабораторная центрифуга.
Неоднородную смесь твердого вещества и жидкости или твердого вещества и газа можно разделить фильтрованием. С этой целью смесь пропускают через фильтр – специальную бумагу или ткань, вату, песок. Частицы твердого вещества остаются на фильтре, а жидкость или газ проходит через его поры, промежутки между волокнами или частичками.
Процесс фильтрования положен в основу работы респиратора – прибора (рис. 39), который используют люди, которые работают в запыленном пространстве. Он содержит фильтры, которые предотвращают попадание пыли в дыхательные пути. Самый простой респиратор – повязка из нескольких слоёв марли. Фильтр, который извлекает пыль из воздуха, есть также в пылесосе.
Рис. 39. Работник в респираторе.
С помощью магнита из промышленных или бытовых отходов извлекают железо. В такой способ обогащают железную руду – магнетит. Благодаря способности частичек этой руды притягиваться к магниту, ее отделяют от песка, глины, грунта.
Для выделения твердого вещества из однородной смеси с летучей жидкостью используют выпаривание. Смесь помещают в открытую посудину и нагревают. Жидкость постепенно превращается в пар, а в посудине остается твердое вещество.
Перегонка, или дистилляция, – способ разделения смесей (преимущественно однородных) жидкостей, а также очищения жидкости от растворенных в ней веществ. На заводах перегонкой нефти, которая является смесью многих веществ, получают бензин, керосин, дизельное топливо.
В лаборатории перегонку осуществляют так, как изображено на рисунке 40. В процессе нагревания смеси веществ сначала закипает вещество, которое имеет самую низкую температуру кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется, а образованная жидкость стекает в приёмник. Когда этого вещества не останется в смеси, температура начнет повышаться, и скоро закипает другой компонент. В этот момент приёмник заменяют на другой. Нелетучие вещества остаются в сосуде.
Рис. 40.
Лабораторная установка для перегонки: а – обычная, б – упрощенная.
1 – смесь жидкостей с разными температурами кипения; 2 – термометр; 3 – водный холодильник; 4 – приёмник; 5 – вода со льдом.
Перегонкой очищают природную воду от примесей. Полученную чистую воду называют дистиллированной. Её используют в научно-исследовательских лабораториях, в производстве веществ для новейшей техники, в фармакологии для приготовления лекарств и т.д.
Разделение разных смесей происходит и в природной среде. Из воздуха на земную поверхность оседают частицы пыли, а во время дождя и снегопада – попадают капли воды, снежинки. Мутная вода после отстаивания становится прозрачной. Вона также очищается от нерастворимых веществ, проходя через песок. На берегах лиманов после испарения остаются соли, которые были растворены в ней. Из воды, которая вытекает из скважины, выделяются растворенные газы.
Иногда непроизвольное разделение смесей является нежелательным. Это касается некоторых пищевых продуктов (майонез, соусы, кремы), косметических средств. Для того, чтобы предотвратить “разрушение” таких смесей, к ним добавляют специальные вещества – стабилизаторы, эмульгаторы. Эти добавки обязательно должны быть безопасными для организма человека.
Выводы:
Существуют различные способы разделения смесей на отдельные вещества (компоненты). Их выбирают с оглядкой на тип смеси, агрегатные состояния и физические свойства компонентов. Неоднородные смеси разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда – при помощи магнита, а однородные – выпариванием, перегонкой (дистилляцией).